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黃少銘/張琪AFM：將亞納米催化劑融入MOF，實(shí)現(xiàn)多硫化物的高效限制與轉(zhuǎn)化

硫物種的穿梭效應(yīng)和遲緩的氧化還原動(dòng)力學(xué)仍然阻礙著鋰硫電池（LSB）的實(shí)際應(yīng)用。

圖1 材料制備及表征

廣東工業(yè)大學(xué)黃少銘、張琪等提出了一種將亞納米催化劑整合到金屬有機(jī)框架（MOF）中的策略，以開發(fā)高效的硫宿主來解決這些問題。所設(shè)計(jì)的MOF宿主（MOF-TOC）在MOF的中孔中被賦予了亞納米Ti-O團(tuán)簇（TOCs），可以作為L(zhǎng)SB的一個(gè)有效反應(yīng)室。

系統(tǒng)的電化學(xué)測(cè)量和計(jì)算表明，MOF-TOC可以通過強(qiáng)烈的化學(xué)作用捕獲和限制多硫化鋰（LiPSs）。此外，隔離在不同納米孔中的高活性TOC可以通過與硫物種的d-p軌道雜交加速硫物種的雙向氧化還原反應(yīng)。

圖2 對(duì)多硫化物的吸附與催化轉(zhuǎn)化

受益于孔隙封閉和催化轉(zhuǎn)化的協(xié)同效應(yīng)，與傳統(tǒng)的多孔MOFs相比，基于S/MOF-TOC正極的LSBs具有顯著改善的倍率性能和優(yōu)化的循環(huán)穩(wěn)定性，其在高硫負(fù)載和貧電解液條件下達(dá)到了7.9 mAh cm^-2的高容量。

此外，采用S/MOF-TOC正極組裝的高硫負(fù)載軟包電池可以在不同的折疊狀態(tài)下穩(wěn)定地工作。這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)含催化劑的MOF宿主提供了啟示，也將為開發(fā)高性能LSB的先進(jìn)催化主體提供啟示。

圖3 鋰硫電池電化學(xué)性能研究

Integrating Sub-Nano Catalysts into Metal-Organic Framework toward Pore-Confined Polysulfides Conversion in Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304619

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